1.3 $\mu\textrm{m}$와 1.55 $\mu\textrm{m}$의 발광 파장을 갖는 광통신용 반도체 레이저 다이오드는 지금까지 많은 발전을 해 왔으며 다양하게 응용이 되어 오고 있다. 기존의 장파장 소자들은 InP 기판 위에 성장을 하고 있으며, GaAs 관련된 물질의 적용은 장파장 대역의 이득층 성장의 어려움 때문에 GaAs가 가지고 있는 안정된 장점에도 불구하고 적용되지 못했다. 그러나 1996년 M. Kondow는 GaAs 기판에 격자정합되는 InGaAsN 물질을 제안하였고(1) 그 이후로 레이저 다이오드에 제작에 까지 이르렀으며(2-3) 특히, 표면발광반도체레이저의 상온 연속발진에도 성공하였다. (중략)
HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법을 이용하여 C(0001)면의 사파이어 기판위에 GaN 박막을 성장하였다. 110$0^{\circ}C$의 온도에서 박막의 성장률은 120$\mu\textrm{m}$/hr이었고, 사파이어 기판과 GaN사이의 격자상수와 열팽창계수차로 인하여 많은 크랙이 존재하였다. 두께가 20$\mu\textrm{m}$인 GaN의 (0002)면에 대한 X-선 회절피크의 반치폭은 576초 이었다. 10K의 온도에서 측정된 광루미네센스 스펙트럼에서는 강한 강도의 속박여기자에 의한 피크(I2)와 약한 강도의 도너-억셉터 쌍 사이의 재결합에 의한 피크가 나타났으며, 깊은 준위로부터의 발광은 검출되지 않았다. GaN 박막의 전기전도형은 n형 이었고, 전자이동도와 캐리어농도는 각각 72$\textrm{cm}^2$/V-sec와 6x1018cm-3이었다.
In this paper, the etching studies for n-GaN were carried out using the wet chemical, the photo-enhanced-chemical, and the electro-chemical etching methods. The experimental results show that n-GaN is etched in diluted NaOH solution at room temperture and the etched thickness of NaOH and electron concentrations. Te etching rate of n-GaN samples with n.simeq.1*10$^{19}$ cm$^{-3}$ were used to compare the photo-enhanced-chemical etching with the electrochemical etching methods. The removed thickness was 680.angs./25min by the electrochemical etching methods. The removed thickness was 680 .angs./25min by the electrochemical etching method ad 784.angs./25min by the photoenhanced-chemical etching method. The patterns are 100.mu.m*100.mu.m rectangulars covered with SiO$_{2}$film. It is shown that the profile of etched side-wall of the pattern is vertical without dependance of the n-GaN orientations.
Wurtzite GaN films are grown by low-pressure MOCVD on (0001)-plane sapphire substrates. The GaN films have a total thickness of 4 $\mu$m with a surface Mg-doped p-type layer, which has a thickness of 0.5 $\mu$m. 90k eV $Mn^{+}$ ions are implanted into the GaN films at room temperature with doses ranging from $1 \times10^{15}$ to $1 \times 10^{16}\textrm{cm}^{-2}$. After an annealing step at $770^{\circ}C$ in flowing $N_2$, the structural characteristics of the $Mn^{+}$ implanted GaN films are studied by X-ray diffraction (XRD), Rutherford backscattering spectrometry (RBS) and atomic force microscopy (AFM). The structural and morphological changes brought about by $Mn^{+}$ implantation and annealing are characterized.
A via-hole process for reproducible and reliable GaAs MMIC fabrication is described. The via-hole etching process consists of two step dry etching. During the first etching step a BC $I_{3}$/C $I_{2}$/Ar gas mixure is used to achieve high etch rate and small lateral etching. In the second etching step. CC $L_{2}$$F_{2}$ gas is used to achieve selective etching of the GaAs substrate with respect to the front side metal layer. Via holes are formed from the backside of a 100$\mu$m thick GaAs substrate that has been evaporated initially with 500.angs. thick chromium and subsequently a 2000.angs. thick gold layer. The fabricated via holes are electroplated with gold (~20$\mu$m thick) to form via connections. The results show that established via-hole process is satisfactory for GaAs MMIC fabrication.
Separate-confinement hetero-structure (SCH) broad area Laser Diodes (LD's) were fabricated from $Al_{0.07}$Ga$_{0.93}$/. As single-quantum-well (SQW) grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Under pulsed operation, we obtained maximum output powers of about 0.8watt/facet and 1.83watt/facet from LD's with 60$\mu$m and 160$\mu$m channel width, respectively, without facet coatings. The differential quantum efficiency of the 60$\mu$m wide LD was about 21.7%/facet and its threshold current density was about 1k [A/cm$^{2}$]. The differential quantum efficiency of the 160$\mu$m wide LD was about 25.6%/facet and its threshold current density was about 1k[A/cm$^{2}$]. The minimum threshold current density of 60$\mu$m wide LD's was 620[A/cm$^{2}$] when the cavity length was 603$\mu$m and the minimum threshold current density of 160$\mu$m wide Ld's was 675[A/cm$^{2}$] when the cavity length was 752$\mu$m. The internal quantum efficienty and the internal loss of both LD's were 92.3% and 18.1cm$^{1}$, respectively.
디지털 합금 (digital-alloy) 성장방법을 사용한 AIGaAs층을 이용하여 $1.3{\mu}m$ vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)에 사용될 수 있는 AlGaAs/GaAs distributed Bragg reflector (DBR)를 분자선 에피탁시 (molecular beam epitaxy) 방법을 통해 제작하였다. 3인치 1/4 크기의 기판에 디지털 합금 AlGaAs층을 사용한 DBR을 성장하고 기판 여러 부분에서의 반사율을 측정하여 각 부분 간의 반사율 편차가 0.35%이내임을 확인하였다. TEM 사진을 통한 계면분석을 통해 디지털 합금 AlGaAs층의 조성과 두께가 균일함을 확인하였는데, 이는 디지털 합금 AlGaAs층의 성장시 기판 표면의 온도가 불균일하더라도 크게 영향을 받지 않음을 보여준다. 이를 통해 DBR의 균일성에 따라 소자의 특성에 큰 영향을 받는 InAs 양자점을 활성층으로 사용하는 VCSEL의 수율을 향상시키는데 디지털 합금 AlGaAs층을 이용한 DBR이 응용될 수 있음을 보였다.
최근 질화물 반도체를 이용한 단파장 laser diode (LD)와 ultraviolet light emitting diode (LED)에 관한 관심의 증가로 인하여 AlGaN의 성장에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)법을 이용한 AlGaN 성장에 있어서는 Al의 전구체로 널리 사용되고 있는 trimethylaluminum (TMAl)과 암모니아와의 기상에서의 adduct 형성을 억제하기 위하여 주로 저압에서 성장을 하거나 원료 가스의 유속을 증가시키는 방법으로 연구가 되고 있다. 또한, AlN의 경우 GaN보다 녹는점이 매우 높기 때문에 일반적으로 Al을 포함하는 질화물 반도체의 성장에 있어서는 GaN보다 녹는점이 매우 높기 때문에 일반적으로 Al을 포함하는 질화물 반도체의 성장에 있어서는 GaN 성장 시보다 높은 온도에서 성장이 이루어지고 있다. MOCND법을 이용하여 AlGaN를 성장시키는 대부분의 연구들은 100$0^{\circ}C$ 이상의 고온에서의 성장 온도가 AlGaN특성에 미치는 영향에 대한 것으로 국한되고 있다. 그러나, InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) 구조의 LD나 LED를 성장시키는 경우 In의 desorption을 억제하기 위하여 MQWs층 위에 저온에서 AlGaN를 성장하는 데 있어서 AlGaN의 성장 온도를 500-102$0^{\circ}C$로 변화시키면서 AlGaN의 성장거동을 고찰하였다. GaN는 사파이어 기판을 수소분위기하에서 고온에서 가열한 후 저온에서 GaN를 이용한 핵생성층을 성장하고 102$0^{\circ}C$의 고온에서 1.2$\mu\textrm{m}$정도의 두께로 성장하였다. AlGaN는 고온에서 성장된 GaN 위에 200Torr의 성장기 압력 하에서 trimethylgallium (TMGa)과 TMAl의 유속을 각각 70 $\mu$mol/min 으로 고정한 후 성장온도만을 변화시키며 증착하였다. 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 표면거칠기가 증가하고, 결함과 관련된 포토루미네슨스가 현저히 증가하는 것이 관찰되었다. 그러나, 성장온도가 50$0^{\circ}C$정도로 낮아진 경우에 있어서는 표면 거칠기가 다시 감소하는 것이 관찰되었다. 이러한 현상은 저온에서 표면흡착원자의 거동에 제한이 따르기 때문으로 생각되어진다. 또한, 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 성장을 저해하기 때문으로 판단된다. 성장 온도 변화에 따라 성장된 V의 구조적 특성 및 표면 거칠기 변화를 관찰하여 AlGaN의 성장 거동을 논의하겠다.
Undoped p-type and Te doped n-type GaSb crystals were grown by the vertical Bridgman method. The lattice constant of the GaSb crystals was 6.096.+-.000373.angs.. The carrier concentration, the resistivity, and the carrier mobility measured by the van der Pauw method were p.iden.8*10$^{16}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.20 .ohm.-cm, .mu.$_{p}$ .iden.400c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for p-type, n.iden.1*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.15 .ohm.-cm, .mu.$_{n}$ .iden.500c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for n-type at 300K. In case of treatment with metal ion of R $u^{+3}$, P $t^{+4}$, the carrier concentration, resistivity and carrier mobility of the GaSb crystals were p.iden.2*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.08.ohm.-cm, .mu.$_{p}$ .iden.420c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for p-type, n.iden.2.5*10$^{17}$ c $m^{-3}$ , .rho..iden.0.07.ohm.-cm, .mu.$_{n}$ .iden.520c $m^{2}$$V^{-1}$ se $c^{-1}$ for n-type respectively. GaSb crystals had a tendency to lower resistivity and higher mobility, for surface treatment with metal ion effectively diminished surface recombination centers.s.
본 논문에서는 인산을 이용하여을 인산을 이용하여 nGaN을 습식식각 할때의 표면식각 진행 특성을 조사 하였다. 인산을 이용한 고온에서의 식각은 diffusion rate limited regime을 통하여 이루어짐을 확인 하였으며, 또한 초기식각은 lateral 크기가 $20{\mu}m$에서 $5{\mu}m$ 정도인 bimodal 형태의 hexagonal 모양의 hole과 pits이 형성되며, 식각이 진행됨에 따라 표면에 형성된 hexagonal hole 등이 적층구조로 형성되거나 혹은 laterally 병합되며 식각됨을 관찰 하였다. 또한 PL 분석을 통하여 표면 거칠기 증가로 인한 extraction efficiency의 향상도 관찰할 수 있었다. 이러한 결과로부터 인산을 이용한 습식식각을 통하여 GaN의 표면 texturing 공정이 이용 가능할 수 있을 것으로 예상 된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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